DE4340608A1 - Schneidmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidmesser für die Herstellung von Zahnrädern und insbesondere ein Schneidmesser oder einen Schneidstahl für das Abwälzfräsen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern mit paralleler Tiefe.

Spiralkegelräder und Hypoid-Räder-Paare werden konventionell hergestellt unter Verwendung entweder einer intermittierenden Planfräsmethode oder einer kontinuierlichen Index-Abwälzfräs­ methode. Während die meisten Zahnradhersteller gegenwärtig das Fräsverfahren anwenden, wird neuerdings auch das Abwälzfräsen von einigen Herstellern angewendet, insbesondere von denen, die solche Zahnräder zur Verwendung in Fahrzeugen herstellen. In einer Abwälzfräsmaschine wird ein kreisförmiger Abwälz­ fräser verwendet, der eine Mehrzahl von Schneidblättern oder Schneidstählen aufweist, und die Schlittenachse, die Werkstück­ achse und die Fräserachse rotieren in einem zeitlich gesteuer­ ten Verhältnis, bis das vollständige Teil hergestellt ist. Während des Fräsprozesses rotieren das Werkstück und der Fräser kontinuierlich, wobei aufeinanderfolgende Fräserzahngruppen in Eingriff treten mit aufeinanderfolgenden Zahnlücken, während das Zahnrad gefräst oder geschnitten wird. Mit dem Abwälzfräsen können vorteilhafterweise Zähne mit gleichmäßiger Tiefe her­ gestellt werden, und die Teile werden in einer Operation aus dem Vollen hergestellt. Das Abwälzfräsen erfordert ferner we­ niger Arbeitsschritte und weniger Arbeitszeit als das Planfrä­ sen.

Allgemein haben die Produzenten von Zahnrädern festgestellt, daß es zweckmäßig ist, der Spitze der Zähne des Zahnrades, des Ritzels oder beider Teile des Zahnrad-Satzes eine Abschrä­ gung oder eine Hinterdrehung zu geben, um das Geräusch zu re­ duzieren, das gewöhnlich beim Lauf von Zahnrädern auftritt. Eine solche Spitzenhinterfräsung ist jedoch bei dem Abwälz­ fräsverfahren hergestellten Spiralzahnrädern oder Hypoid- Zahnrädern nicht vorgesehen. Statt dessen wurden nach dem Schneiden der Zähne deren Spitzen nur in einem separaten Arbeitsschritt abgerundet. Wurde jedoch eine Spitzenhinter­ fräsung oder Entlastung vorgenommen, so wurde dies separat und nachfolgend auf das Schneiden der Zähne ausgeführt. In jedem Fall ist dieser weitere Produktionsschritt nachtei­ lig hinsichtlich der Rosten, der Qualitätskontrolle und der Flexibilität bei der Produktion.

Die Erfindung betrifft nun einen Schneidstahl zur Verwendung mit einem Abwälzfräser zur Herstellung der Zähne und Spiral­ kegelrädern und Hypoid-Rädern mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens. Der Schneidstahl besteht aus einem Schaft, der auf einem drehbaren Fräserkörper befestigt werden kann und einem Schneidelement an einem Ende des Schaftes. Das Schneidelement oder Fräselement hat eine Zahnschneidkante mit einem gegebenen axialen Eingriffswinkel sowie eine Profilkante oder Hinterschneidkante angrenzend an die Zahnschneidkante, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante. Die Profilkante des Schneid­ elementes formt gleichzeitig ein Profil oder eine Hinterschnei­ dung an der Spitze des Zahnes des Ritzels oder Zahnrades, wäh­ rend der Zahn mittels der Zahnschneidkante des Schneidelementes geschnitten wird. Die Herstellung eines Spitzenprofiles gleich­ zeitig mit dem Schneidvorgang erlaubt eine größere Herstel­ lungs-Flexibilität, da die Profilabmessungen leicht modifiziert werden können einfach durch Ändern der Schneidblätter der Ab­ wälzfräsmaschine. Der Wegfall einer nachfolgenden Bearbeitung verbessert außerdem die Konsistenz des Profils, das heißt der Hinterschneidung und die Teile-Qualität, außerdem werden Ar­ beitszeit und Kosten reduziert.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Draufsicht die Stirnfläche eines Schneidstahles nach der Erfindung zeigt sowie einen Teil eines Zahnrades, das durch den Schneidstahl bearbeitet wird.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht den Schneidstahl nach Fig. 1, wobei die Geometrie der Schneidwinkel dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein Schneidmesser oder einen Schneidstahl 10 nach der Erfindung sowie einen Teil eines Zahnrades 12 mit einem Zahn 14, an welchem der Schneidstahl arbeitet während des Abwälzfräsverfahrens. Der Schneidstahl 10 hat einen Schaft 16 und ein Schneidelement 18 an einem Ende. Eine Mehrzahl von solchen Schneidstählen 10 ist an einem drehbaren kreisförmigen nicht gezeigten Schneidkopf oder Fräskopf befestigt, der einen Teil einer Abwälzfräsmaschine bildet. Beispiele solcher Ma­ schinen oder Systeme sind das Phoenix-System und das G-MAXX 2010- System, beide erhältlich von der Firma "The Gleason Works", Division of Gleason Corporation, Rochester, New York. Während des Abwälzfräsverfahrens rotieren das Zahnrad 12 und der Fräs­ kopf kontinuierlich, wobei aufeinanderfolgende Schneidstähle in aufeinanderfolgende Zahnlücken eintreten, während das Zahn­ rad geschnitten bzw. gefräst wird. Obwohl in Fig. 1 ein Zahn­ rad 12 dargestellt ist, kann der erfindungsgemäße Schneid- oder Frässtahl auch zum Abwälzfräsen des Ritzels eines Zahnradsatzes verwendet werden.

Abwälzfräs-Systeme verwenden allgemein Frässtähle oder Fräs­ messer, die in der Firma des Endbenutzers aus Rohlingen profil­ geschliffen werden, um eine Vielzahl von speziellen Formen zu erhalten. Die Stirnfläche des Schneidelementes 18 jedes Fräs­ stahles 10 ist allgemein an einer Seite mit einer Schneidkante 20 versehen, die sich von der Spitze des Schneidelementes 18 aus in einem vorgegebenen axialen Eingriffswinkel aus erstreckt. Der axiale Eingriffswinkel der Schneidkante 20 hängt offen­ sichtlich von dem Winkel ab, der für die Seiten des Zahnrades gewünscht wird. Hier ist der axiale Eingriffswinkel definiert durch den Winkel zwischen der Messerkante (oder dem Zahnprofil) und der Achse des Schneidmessers 10. Die Schneidmesser oder Fräsmesser 10 sind allgemein auf dem Schneidkopf in Gruppen montiert. Beispielsweise in den Systemen, die von der Firma "The Gleason Works" angeboten werden, sind die Schneidmesser am Schneidkopf in Gruppen von zwei angeordnet, und jedes Schneidstahlpaar arbeitet auf eine andere Zahnlücke. In ande­ ren Systemen können die Schneidmesser am Schneidkopf in Grup­ pen von drei angeordnet sein. In solchen Systemen hat man ein inneres, ein äußeres und ein groberes Messer, die zusammen­ wirken, um die Seiten und den Grund jeder Zahnlücke entsprechend zu schneiden bzw. zu fräsen. Das nicht gezeigte grobere Schneid­ messer ist allgemein mit inneren und äußeren Schneidkanten ver­ sehen. Das in der Zeichnung dargestellte Schneidmesser 10 ist eines der Seiten-Schneidmesser, die sich zur Verwendung entwe­ der mit einer Gruppe aus zwei oder drei Messern eignen.

Durch Modifizierung der spezifischen Schleif-Parameter zur Herstellung des Schneidmessers oder Schneidstahles 10 aus einem Rohling, kann die Messerform geändert werden, so daß sie eine Profilkante 22 hat mit einem vorgegebenen axialen Eingriffswinkel A, der größer ist als der axiale Eingriffs­ winkel B der Zahnschneidkante 20 um einen vorgegebenen Be­ trag, wie Fig. 2 am besten zeigt. Das Schneidmesser 10 schneidet somit die Seite 24 des Zahnes 14 mit Hilfe der Schneidkante 20, und gleichzeitig formt es eine Abschrägung 26 an der Spitze des Zahnes 14 mit Hilfe der Profilkante 22.

Die Messerwinkelmodifizierung ist bestimmt durch ein Längen­ maß L und eine Winkeländerung C. Das Längenmaß L ist der Abstand von der Spitze des Schneidelementes 18 zum Schnitt­ punkt der Schneidkante 20 mit der Profilkante 22. Die Win­ kelabweichung C ist der Winkel zwischen der Fläche der Schneid­ kante 20 und der Fläche der Profilkante 22. Die spezifischen Abmessungen der Messerwinkelmodifizierung hängen ab von der Tiefe des zu produzierenden Teiles, der Größe des gewünschten Winkels C und der Länge L. Die Länge L und der Winkel C können variiert und experimentell optimiert werden während der Ent­ wicklung eines spezifischen Zahnrad-Satzes, zur Herstellung des gewünschten Spitzen-Profiles. Abhängig von der Dicke des Rohlings für das Schneidmesser, kann es möglich sein, daß Schneidmesser mit bestimmten Kombinationen von axialem Ein­ griffswinkel B, Länge L und Winkelabweichung C nicht herge­ stellt werden können, weil der axiale Eingriffswinkel A in einigen Fällen außerhalb der verfügbaren Messerdicke liegen kann.

Der Winkel C kann sehr klein sein und trotzdem eine deutliche Geräuschreduzierung während des Betriebs der Zahnräder be­ wirken. Es ist ferner nicht notwendig, daß die Profilkante 22 geradlinig ist. Die Profilkante 22 kann einen konkaven Abschnitt aufweisen, der sich vom Ende der Schneidkante 20 aus zum äußeren Ende des Schneidmesserschaftes 16 erstreckt.

Die Schneidmesser 10 nach der Erfindung sind an dem kreis­ förmigen Fräskopf in konventioneller Weise befestigt, und das Abwälzfräsverfahren wird in derselben Weise durchgeführt wie bei Verwendung konventioneller Schneidmesser. Falls zwei Messer pro Gruppe vorgesehen sind, ist wenigstens ein Schneidmesser 10 in jedem Paar (entweder alle der inneren Messer oder alle der äußeren Messer) mit einer Profilkante 22 versehen zur Bildung des Profiles 26 an einer Seite der Spitze jedes Zahnes 14. Vorzugsweise ist jedes Schneidmesser mit einer Profilkante versehen, so daß ein Profil 26, 26′ an bei­ den Seiten der Spitze jedes Zahnes 14 gebildet wird. Wenn drei Schneidmesser je Gruppe vorgesehen sind, kann das gro­ bere Messer mit einer Profilkante an seiner inneren Kante, seiner äußeren Kante oder vorzugsweise an beiden Kanten aus­ gerüstet sein. Alternativ kann eine Profilkante an der Schneid­ kante des inneren Schneidmessers, des äußeren Schneidmessers oder vorzugsweise sowohl am inneren und am äußeren Schneid­ messer vorgesehen sein.

Das Schneidmesser 10 nach der Erfindung schafft ein Spitzen­ profil für die Zähne eines Zahnrades oder eines Ritzels gleichzeitig mit dem Schneidvorgang. Dies ermöglicht eine größere Herstellungs-Flexibilität, da die Profilabmessungen einfach modifiziert werden können durch Modifizierung der Länge L und/oder des Winkels C der Schneidmesser. Ferner wird eine nachfolgende Bearbeitung vermieden und dadurch die Kon­ sistenz des Profiles und die Teile-Qualität verbessert, ebenso wie die Herstellungskosten reduziert werden.

Die Verwendung des Schneidmessers 10 nach der Erfindung würde sich nicht für das konventionelle Planfräsverfahren eignen, bei welchem Zähne mit sich verjüngender Tiefe er­ zeugt werden, da ein Spitzenprofil mit ungleicher Breite längs der Länge des Zahnes entstehen würde.

Claims (14)

1. Schneidmesser zur Verwendung mit einem Abwälzfräser zur Herstellung der Zähne von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln mittels eines konti­ nuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schneidmesser einen Schaft aufweist mit einer zentralen Achse zur Befestigung an einem drehbaren Fräskörper, ferner ein Schneid­ element an einem Ende des Schaftes mit einer Zahn­ schneidkante, die einen gegebenen axialen Eingriffs­ winkel hat sowie einer Profilkante angrenzend an die Zahnschneidkante, die einen axialen Eingriffs­ winkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffs­ winkel der Zahnschneidkante, so daß die Profilkante des Schneidelementes gleichzeitig ein Profil an der Spitze des Zahnes eines Zahnrades oder eines Ritzels bildet, während der Zahn durch die Zahnschneidkante des Schneidelementes geschnitten bzw. gefräst wird.

2. Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkante im wesentlichen geradlinig ist.

3. Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkante eine konkav gekrümmte Kante umfaßt.

4. Schneidmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand L vom äußeren Ende des Schneid­ elementes bis zum Schnittpunkt der Schneidkante mit der Profilkante kleiner ist als die Höhe des zu schneidenden Zahnes.

5. Abwälzfräser zur Herstellung von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens, gekennzeichnet durch einen kreisförmigen Schneidkörper sowie eine Mehrzahl von Schneidmessern mit einer zentralen Achse, die an dem Schneidkörper befestigt sind, daß ferner jedes Schneidmesser eine Zahnschneidkante aufweist, die sich vom äußeren Ende des Schneidmessers in einem gegebenen axialen Eingriffswinkel bis zu einer Profil­ kante erstreckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante, und daß durch die Schneidmesser gleichzeitig die Zähne eines Zahnrades oder Ritzels geschnitten und ein Profil an deren Spitzen geformt wird.

6. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkanten jedes Schneidmessers im wesent­ lichen geradlinig sind.

7. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkanten jedes Schneidmessers eine konkav gekrümmte Kante umfaßt.

8. Profilfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand L vom äußeren Ende der Schneid­ messer zum Schnittpunkt der Schneidkanten mit den Profil­ kanten kleiner ist als die Höhe der zu schneidenden Zähne.

9. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er Schneidmesser aufweist, die in Paaren angeord­ net sind, daß jedes Paar der Schneidmesser ein inneres und ein äußeres Schneidblatt umfaßt, und daß jedes in­ nere Schneidblatt eine Zahnschneidkante aufweist, die sich von seinem äußeren Ende in einen gegebenen axialen Eingriffswinkel zu einer Profilkante erstreckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante, und daß durch die inneren Schneidblätter gleichzeitig eine Seite der Zähne eines Zahnrades oder eines Ritzels geschnitten und ein Profil an deren Spitzen geformt wird.

10. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser Schneidmesser aufweist, die in Paaren angeordnet sind, daß jedes Paar der Schneidmesser ein inneres und ein äußeres Schneidblatt aufweist, und daß jedes äußere Schneidblatt eine Zahnschneidkante auf­ weist, die sich von seinem äußeren Ende in einem ge­ gebenen axialen Eingriffswinkel bis zu einer Profilkante erstreckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneid­ kante, und daß durch die äußeren Schneidblätter gleich­ zeitig eine Seite der Zähne eines Zahnrades oder eines Ritzels geschnitten und ein Profil an deren Spitzen gebildet werden kann.

11. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser Schneidblätter aufweist, die in Paaren angeordnet sind, daß jedes Paar der Schneidblätter ein inneres und ein äußeres Schneidblatt aufweist, und daß jedes innere und jedes äußere Schneidblatt eine Zahn­ schneidkante aufweist, die sich von seinem äußeren Ende in einem gegebenen axialen Eingriffswinkel zu einer Profilkante erstreckt, die einen axialen Ein­ griffswinkel hat, der größer ist als der axiale Ein­ griffswinkel der Zahnschneidkante, und daß durch die inneren und äußeren Schneidblätter gleichzeitig die Seiten der Zähne eines Zahnrades oder eines Ritzels geschnitten und ein Profil an deren Spitzen geformt wird.

12. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidblätter des Fräsers in Gruppen zu je drei angeordnet sind, daß jede Gruppe von Schneid­ blättern ein inneres, ein äußeres und ein groberes Schneidblatt aufweist, daß ferner jedes der inneren Schneidblätter oder jedes der äußeren Schneidblätter eine Zahnschneidkante aufweist, die sich von seinem äußeren Ende aus in einem gegebenen axialen Eingriffs­ winkel zu einer Profilkante erstreckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante, und daß durch die inneren oder die äußeren Schneidblätter gleichzeitig eine Seite der Zähne des Zahnrades oder eines Ritzels geschnitten und ein Profil an deren Spitzen geformt wird.

13. Abwälzfräser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidblätter in Gruppen zu je drei ange­ ordnet sind, daß jede Gruppe von Schneidblättern ein inneres, ein äußeres und ein groberes Schneidblatt umfaßt, und daß jedes innere und jedes äußere Schneidblatt eine Zahnschneidkante aufweist, die sich von seinem äußeren Ende aus in einem gegebenen axialen Eingriffswinkel zu einer Profilkante er­ streckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahn­ schneidkante, und daß durch die inneren und die äußeren Schneidblätter gleichzeitig die Seiten der Zähne eines Zahnrades oder eines Ritzels geschnit­ ten und ein Profil an deren Spitzen geformt wird.

14. Abwälzfräser nach Anspruch 5, wobei die Schneidblät­ ter in Gruppen zu drei angeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Gruppe der Schneidblätter ein inneres, ein äußeres und ein groberes Schneid­ blatt umfaßt, und daß das grobere Schneidblatt eine Zahnschneidkante aufweist, die sich von seinem äuße­ ren Ende in einem gegebenen axialen Eingriffswinkel zu einer Profilkante erstreckt, die einen axialen Eingriffswinkel hat, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante, und daß durch das grobere Schneidblatt gleichzeitig der Grund der Zahnlücke zwischen den Zähnen eines Zahnrades oder eines Ritzels geschnitten und ein Profil an den Spitzen von einem oder beiden benachbarten Zähnen geformt wird.